[发明专利]一种改善表面形貌的SiC衬底预处理方法

说明书

本发明提供了一种改善表面形貌的SiC衬底预处理方法，在原位刻蚀过程中通入碳源、硅源，避免碳富集或硅富集造成表面形貌的劣化，并通过碳源、硅源的辅助处理效果起到提升表面损伤修复效果、降低表面粗糙度、以及抑制原子台阶聚并等作用，从而提供有着规则原子台阶结构的衬底表面，提升外延生长的质量。

技术领域

本发明涉及SiC外延技术领域，特别涉及一种改善表面形貌的SiC衬底预处理方法。

背景技术

SiC材料具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率及高载流子饱和速率等特性，在功率器件方面有着广阔的应用前景。在采用SiC材料作为衬底的器件制备流程中，受到衬底缺陷较多、杂质扩散系数较低、以及注入深度有限等因素的限制，外延是不可缺少的重要环节。化学气相淀积(CVD)方法常用于在SiC衬底上沉积高质量的SiC、GaN、AlGaN等材料，以满足器件对材料质量和结构设计的要求。这些外延材料的质量会受到衬底表面形貌的影响，且对后续制备的器件性能有着至关重要的作用，因此在开始进行外延生长前，首先必须对洁净的抛光衬底进行表面预处理，以去除抛光所带来的表面损伤，并获得规则的原子台阶结构。

当前以SiC为衬底的外延生长流程中，主流的表面预处理方式是在高温下通入氢气或氢气与少量氯化氢的混合气，对置于外延生长设备反应室中的SiC衬底表面进行原位刻蚀。在该步骤完成后，就可以通入硅源和碳源开始进行外延材料生长。在进行原位刻蚀的过程中，还可以根据衬底的加工需求额外通入硅源或碳源进行辅助处理。碳辅助(例如丙烷、乙烯)处理有助于提升衬底表面划痕等损伤的修复效果，但是在富碳气氛下会出现衬底表面粗糙度增大、原子台阶聚并成巨型台阶等问题，影响后续外延生长质量。硅辅助处理(例如硅烷)有助于降低表面粗糙度、抑制原子台阶的聚并，但是在富硅气氛下容易形成硅团簇、造成外延缺陷。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种改善表面形貌的SiC衬底预处理方法，在原位刻蚀过程中采用脉冲式的方法通入碳源、硅源，避免碳富集或硅富集造成表面形貌的劣化，并通过碳源、硅源的辅助处理效果起到提升表面损伤修复效果、降低表面粗糙度、以及抑制原子台阶聚并等作用，从而提供有着规则原子台阶结构的衬底表面，提升外延生长的质量。

本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种改善表面形貌的SiC衬底预处理方法，所述方法包括：

步骤S100，将用于外延生长的SiC衬底装入反应腔中，在氢气气氛中升温至一定温度并设置压强；

步骤S200，保持氢气通入的同时通入辅助气体，辅助气体采用脉冲的方式通入反应室；

步骤S300，脉冲式辅助处理结束后，保持氢气通入，停止通入辅助气体，维持反应腔内的温度和压强，通入少量氯化氢气体，继续进行原位刻蚀1～10min；氯化氢气体流量与氢气流量的比例范围为0.01％～0.1％。

步骤S400，原位刻蚀结束，开始进行外延层生长。

进一步的，步骤S100中，在氢气气氛中升温至1500～1650℃，设置压强为40～200mbar。

进一步的，步骤S100中，所述衬底为沿11-20方向0.1°～8°偏角的偏轴导电型或半绝缘型SiC衬底。

进一步的，步骤S200中，在一个时间周期T内包含不同的进气时间段Δt₁和Δt₂以及时间间隔Δt’，在Δt₁和Δt₂中分别通入两种不同的辅助气体，在Δt’中停止通入辅助气体，维持温度及压强，进行所述脉冲式辅助原位刻蚀处理。